(57)【要約】【課題】本発明は、ｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る製造方法は、基板を形成する工程と、上記基板上に積層されたアモルファスＡｌ２Ｏ３膜を形成する工程と１００℃〜２００℃の範囲内の基板温度で、上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜上に積層され、上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜の存在に応じたＺｎＯ膜を形成する工程と、を含む。上記基板は、シリコン（Ｓｉ）（１００）、Ｓｉ（１１１）、Ｓｉ（１１０）、石英、ガラス、プラスチック又はジルコニア等の材料である。上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜は、化学気相堆積法、原子層堆積法又はスパッタ法を用いて、堆積される。一般的に、上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜は、３ｎｍ〜１５ｎｍの厚みを有する。上記ＺｎＯ膜を形成する工程では、一般的に、Ｘ線回折により測定される（００２）ピークが（１００）ピークよりも５倍以上大きいＺｎＯ膜を形成させる。【選択図】図１
2007137757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を形成する工程と、
上記基板上に積層されたアモルファスＡｌ２Ｏ３膜を形成する工程と、
１００℃〜２００℃の範囲内の基板温度で、上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜上に積層されたＺｎＯ膜を形成する工程と、を含み、
上記ＺｎＯ膜は、上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜の存在に応じたｃ軸選択配向性を有することを特徴とするｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法。
【請求項２】
上記基板を形成する工程では、シリコン（Ｓｉ）（１００）、Ｓｉ（１１１）、Ｓｉ（１１０）、石英、ガラス、プラスチック及びジルコニアからなる群より選択される材料から基板を形成することを特徴とする請求項１に記載のｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法。
【請求項３】
上記基板上に積層されたアモルファスＡｌ２Ｏ３膜を形成する工程では、化学気相堆積（ＣＶＤ）法、原子層堆積（ＡＬＤ）法及びスパッタ法からなる群より選択される堆積方法を用いて、上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜を堆積させることを特徴とする請求項１に記載のｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法。
【請求項４】
上記基板上に積層されたアモルファスＡｌ２Ｏ３膜を形成する工程では、１００℃〜２００℃の範囲内の基板温度で、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）と水とからなる前駆体を用い、原子層堆積（ＡＬＤ）法により上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜を堆積させることを特徴とする請求項１に記載のｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法。
【請求項５】
上記基板上に積層されたアモルファスＡｌ２Ｏ３膜を形成する工程では、３ｎｍ〜１５ｎｍの範囲内の厚さのアモルファスＡｌ２Ｏ３膜を形成することを特徴とする請求項１に記載のｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法。
【請求項６】
上記ｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜を形成する工程では、Ｘ線回折（ＸＲＤ）により測定される（００２）ピークが（１００）ピークよりも５倍以上大きいＺｎＯ膜を形成することを特徴とする請求項１に記載のｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法。
【請求項７】
約４００℃〜９００℃の範囲内の温度で、ＺｎＯ膜をアニーリングし、該アニーリングに応じて、上記ＺｎＯ膜のｃ軸選択配向性を向上させる工程を更に含むことを特徴とする請求項６に記載のｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法。
【請求項８】
上記ＺｎＯ膜のｃ軸選択配向性を向上させる工程では、（００２）ピーク：（１００）ピークの比が１００：１よりも大きいＺｎＯ膜を形成することを特徴とする請求項７に記載のｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法。
【請求項９】
上記ＺｎＯ膜を形成する工程では、厚みのあるＺｎＯ膜を形成し、
上記アニーリングにより、上記ＺｎＯ膜中に、最大粒径が上記ＺｎＯ膜の厚さと略同じである結晶粒子を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項７に記載のｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法。
【請求項１０】
上記ＺｎＯ膜を形成する工程では、ジエチル亜鉛及び水を用い、原子層堆積（ＡＬＤ）法により、上記ＺｎＯ膜を形成することを特徴とする請求項１に記載のｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法。
【請求項１１】
上記ＺｎＯ膜を形成する工程では、３ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内の厚さのＺｎＯ膜を形成することを特徴とする請求項１０に記載のｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法。
【請求項１２】
上記ＺｎＯ膜を形成する工程では、１６０℃〜１８０℃の範囲内の基板温度でＺｎＯ膜を形成することを特徴とする請求項１に記載のｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法。
【請求項１３】
基板と、
上記基板上に積層されたアモルファスＡｌ２Ｏ３膜と、
上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜上に積層されたＺｎＯ膜と、を含み、
上記ＺｎＯ膜は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）により測定される（００２）ピークが（１００）ピークよりも略５倍又はそれよりも大きいことを特徴とするｃ軸選択配向性のＺｎＯ薄膜構造。
【請求項１４】
上記基板は、シリコン（Ｓｉ）（１００）、Ｓｉ（１１１）、Ｓｉ（１１０）、石英、ガラス、プラスチック及びジルコニアからなる群より選択される材料であることを特徴とする請求項１３に記載のｃ軸選択配向性のＺｎＯ薄膜構造。
【請求項１５】
上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜の厚さは、３ｎｍ〜１５ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１３に記載のｃ軸選択配向性のＺｎＯ薄膜構造。
【請求項１６】
上記ＺｎＯ膜は、（００２）ピーク：（１００）ピークの比が１００：１より大きいことを特徴とする請求項１３に記載のｃ軸選択配向性のＺｎＯ薄膜構造。
【請求項１７】
上記ＺｎＯ膜は結晶粒子を含んでおり、
上記結晶粒子は、最大粒径が上記ＺｎＯ膜の厚さと略同じであることを特徴とする請求項１６に記載のｃ軸選択配向性のＺｎＯ薄膜構造。
【請求項１８】
上記ＺｎＯ膜の厚さが３ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であることを特徴とする請求項１３に記載のｃ軸選択配向性のＺｎＯ薄膜構造。
【請求項１９】
基板と、
上記基板上に積層されたアモルファスＡｌ２Ｏ３膜と、
上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜上に積層されたＺｎＯ膜と、を含み、
上記ＺｎＯ膜は、アニーリング後にＸ線回折（ＸＲＤ）により測定される（００２）ピークが（１００）ピークよりも１００倍以上大きいことを特徴とするｃ軸選択配向性のＺｎＯ薄膜構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路（ＩＣ）の製造に関するものであり、より具体的には、アモルファスＡｌ２Ｏ３層上に積層して形成させたｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子層堆積（ＡＬＤ）法によって堆積された、堆積薄膜のＺｎＯは、ｃ軸配向性が低く、結晶サイズが小さい。また、結晶に適合した基板を用いることにより、上記基板上に積層された薄膜を結晶化させることができることがよく知られている。例えば、ｃ軸配向ＺｎＯ膜は、エピタクシー法及びエピタキシャル側面過成長（epitaxial lateral overgrowth）法により形成される。これらの方法は、ｃ軸配向ＺｎＯ膜の形成速度が遅く、高温を必要とし、結晶基板若しくはシード層を必要とする。
【０００３】
また、垂直方向に整列したＺｎＯナノワイヤは、サファイア若しくはＧａＮのような、結晶に適合した基板の上に成長させることができることも報告されている。高いｃ軸配向性を有し、さらにエピタキシャルなＺｎＯ膜は、単結晶Ａｌ２Ｏ３からなるサファイア基板上に成長させることができることが報告されている。
【０００４】
ナノワイヤ、ナノロッド及びナノ粒子のようなナノ構造材料は、ナノワイヤ化学センサー、ナノワイヤバイオセンサー、ナノワイヤ発光ダイオード、ナノワイヤトランジスタ、ナノワイヤレーザ等のような応用分野で利用できるといった将来性を有している。ＺｎＯのような材料は、成長が適切に制御されることにより、ナノ構造となる。ＺｎＯは、３８０ｎｍの固有のＵＶ光ルミネッセンス（ＰＬ）及び、約５００〜７００ｎｍ前後の広い範囲を中心とする、欠陥に関連する可視光ルミネッセンス（ＰＬ）を示す重要な光輝性の材料である。
【０００５】
ナノ構造をＣＭＯＳ（complementary metal-oxide semiconductor）電子機器に組み込むための技術としては、１つの基板上にナノワイヤを成長させ、これらを収穫（harvesting）し、素子基板の上に分散させる技術がよく報告されている。このような技術は、「ピック・アンド・プレイス」法と称される。これまでのところ、素子基板上に直接成長させたＺｎＯナノ構造を用いることについては、ほとんど報告されていない。素子基板上に直接成長させたナノワイヤを利用して素子を製造することは、清潔性、及びナノ構造の直接配置等の点において、従来の「ピック・アンド・プレイス」法に比べ有利である。垂直方向に精度高く整列したナノ構造を成長させることに加えて、コストのかかるエピタキシャル法を使用することなく、ｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜を製造することができれば有利である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、アモルファス薄膜Ａｌ２Ｏ３緩衝層を使用し、該アモルファス薄膜Ａｌ２Ｏ３緩衝層上に堆積させたＡＬＤ  ＺｎＯ薄膜において、ｃ軸結晶成長を起こさせる方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法は、基板を形成する工程と、上記基板上に積層されたアモルファスＡｌ２Ｏ３膜を形成する工程と、１００℃〜２００℃の範囲内の基板温度で、上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜上に積層されたＺｎＯ膜を形成する工程と、を含み、上記ＺｎＯ膜は、上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜の存在に応じたｃ軸選択配向性を有することを特徴としている。
【０００８】
上記基板を形成する工程では、シリコン（Ｓｉ）（１００）、Ｓｉ（１１１）、Ｓｉ（１１０）、石英、ガラス、プラスチック及びジルコニアからなる群より選択される材料から基板を形成することが好ましい。
【０００９】
上記基板上に積層されたアモルファスＡｌ２Ｏ３膜を形成する工程では、化学気相堆積（ＣＶＤ）法、原子層堆積（ＡＬＤ）法及びスパッタ法からなる群より選択される堆積方法を用いて、アモルファスＡｌ２Ｏ３膜を堆積させることが好ましい。
【００１０】
また、上記基板上に積層されたアモルファスＡｌ２Ｏ３膜を形成する工程では、１００℃〜２００℃の範囲内の基板温度で、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）と水とからなる前駆体を用い、原子層堆積（ＡＬＤ）法により上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜を堆積させることが好ましい。
【００１１】
さらに、上記基板上に積層されたアモルファスＡｌ２Ｏ３膜を形成する工程では、３ｎｍ〜１５ｎｍの範囲内の厚さの上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜を形成することが好ましい。
【００１２】
上記ｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜を形成する工程では、Ｘ線回折（ＸＲＤ）により測定される（００２）ピークが（１００）ピークよりも５倍以上大きいＺｎＯ膜を形成することが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係るｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法は、約４００℃〜９００℃の範囲内の温度で、上記ＺｎＯ膜をアニーリングし、該アニーリングにより、ＺｎＯ膜のｃ軸選択配向性を向上させる工程を更に含むことが好ましい。
【００１４】
上記ＺｎＯ膜のｃ軸選択配向性を向上させる工程では、（００２）ピーク：（１００）ピークの比が１００：１よりも大きいＺｎＯ膜を形成することが好ましい。
【００１５】
また、上記ＺｎＯ膜のｃ軸選択配向性を向上させる工程を含む、本発明に係るｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法において、上記ＺｎＯ膜を形成する工程では、厚みのあるＺｎＯ膜を形成し、上記アニーリングにより、上記ＺｎＯ膜中に、最大粒径が上記ＺｎＯ膜の厚さと略同じである結晶粒子を形成する工程を更に含むことが好ましい。
【００１６】
上記ＺｎＯ膜を形成する工程では、ジエチル亜鉛及び水を用い、原子層堆積（ＡＬＤ）法により、上記ＺｎＯ膜を形成することが好ましい。この際、３ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内の厚さのＺｎＯ膜を形成することが好ましい。
【００１７】
上記ＺｎＯ膜を形成する工程では、１６０℃〜１８０℃の範囲内の基板温度でＺｎＯ膜を形成することが好ましい。
【００１８】
本発明に係るｃ軸選択配向性のＺｎＯ薄膜構造は、基板と、上記基板上に積層されたアモルファスＡｌ２Ｏ３膜と、上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜上に積層されたＺｎＯ膜と、を含み、上記ＺｎＯ膜は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）により測定される（００２）ピークが（１００）ピークよりも略５倍又はそれよりも大きいことを特徴としている。
【００１９】
本発明に係るｃ軸選択配向性のＺｎＯ薄膜構造において、上記基板は、シリコン（Ｓｉ）（１００）、Ｓｉ（１１１）、Ｓｉ（１１０）、石英、ガラス、プラスチック及びジルコニアからなる群より選択される材料であることが好ましい。
【００２０】
本発明に係るｃ軸選択配向性のＺｎＯ薄膜構造において、上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜の厚さは、３ｎｍ〜１５ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００２１】
本発明に係るｃ軸選択配向性のＺｎＯ薄膜構造において、上記ＺｎＯ膜は、（００２）ピーク：（１００）ピークの比が１００：１より大きいことが好ましい。さらに、上記ＺｎＯ膜は結晶粒子を含んでおり、上記結晶粒子は、最大粒径が上記ＺｎＯ膜の厚さと略同じであることが好ましい。
【００２２】
本発明に係るｃ軸選択配向性のＺｎＯ薄膜構造において、上記ＺｎＯ膜の厚さが３ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００２３】
また、本発明に係るｃ軸選択配向性のＺｎＯ薄膜構造は、基板と、上記基板上に積層されたアモルファスＡｌ２Ｏ３膜と、上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜上に積層されたＺｎＯ膜と、を含み、上記ＺｎＯ膜は、アニーリング後にＸ線回折（ＸＲＤ）により測定される（００２）ピークが（１００）ピークよりも１００倍以上大きいことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係るｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法は、以上のように、薄膜アモルファスＡｌ２Ｏ３緩衝層を、ＺｎＯ膜とＳｉ基板との間に堆積させるため、高温や、結晶シード層若しくは特別に結晶に適合した基板を必要とすることなく、ｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜を製造できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の一実施形態について説明とすると、以下の通りであるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２６】
Ｓｉ基板上に堆積させると、ＡＬＤ  ＺｎＯは一般的に、多少のｃ軸選択配向性を有するが、強くはない。しかしながら、薄膜アモルファスＡｌ２Ｏ３緩衝層を、ＺｎＯ膜とＳｉ基板との間に堆積すると（ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３／Ｓｉ）、その上に積層されたＺｎＯ膜のｃ軸配向性が非常に高められる。上記方法は、高温や、結晶シード層若しくは特別に結晶に適合した基板を必要としない。
【００２７】
従って、ｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜を製造する方法を提供することができる。該方法は、基板を形成する工程と、上記基板上に積層されたアモルファスＡｌ２Ｏ３膜を形成する工程と、１００℃〜２００℃の範囲内の基板温度で、上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜上に積層され、上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜の存在に応じたｃ軸選択配向性を有するＺｎＯ膜を形成する工程とを含む。上記基板としては、シリコン（Ｓｉ）（１００）、Ｓｉ（１１１）、Ｓｉ（１１０）、石英、ガラス、プラスチック、又はジルコニア等の材料を用いることができる。上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜は、化学気相堆積（ＣＶＤ）法、原子層堆積（ＡＬＤ）法、又はスパッタ法を用いて堆積される。一般的には、上記アモルファスＡｌ２Ｏ３層は、約３〜１５ｎｍの範囲の厚みを有する。
【００２８】
上記ｃ軸選択配向性を有するＺｎＯ膜を形成する工程では、一般的には、Ｘ線回折（ＸＲＤ）で測定される上記（１００）ピークの５倍、又はそれよりも大きな（００２）ピークを有するＺｎＯ膜が形成される。この点において、上記方法は、さらに、約４００℃〜９００℃の範囲内の温度で、ＺｎＯ膜をアニーリングし、該アニーリングにより、ＺｎＯ膜のｃ軸選択配向性を向上させる工程を含む。例えば、アニーリング後、上記ＺｎＯ膜の（００２）ピーク：（１００）ピークの比を略１００：１よりも大きくすることができる。
【００２９】
本発明に係るｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法のさらなる詳細、及びｃ軸選択配向性のＺｎＯ薄膜構造について、以下、説明する。
【００３０】
図１は、ｃ軸選択配向性のＺｎＯ膜構造の部分断面図を示す。構造１００は、基板１０２と、基板１０２上に積層されたアモルファスＡｌ２Ｏ３膜１０４とを含む。ＺｎＯ膜１０６はアモルファスＡｌ２Ｏ３膜１０４の上に積層されている。上記ＺｎＯ膜１０６は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）により測定される（００２）ピークが（１００）ピークよりも５倍以上大きい。
【００３１】
図２は、アモルファスＡｌ２Ｏ３膜上に積層して形成されたＺｎＯ膜と、直接Ｓｉ基板上に形成されたＺｎＯ膜とを比較したＸＲＤ曲線である。ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３／Ｓｉ（１００）構造は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）により測定される（００２）ピークが（１００）ピークよりも５倍以上大きい。図２におけるトレース（線）は、読み易くするために、一定強度以下のピークはオフセット処理されている。ピークの高さは、原点（ゼロ）から測定されておらず、ベースラインオフセットから測定されている。ベースラインから測定すると、最低部のトレースは、（００２）ピーク：（１００）ピークの比がおよそ７．５：２．５、すなわち３：１である。一方、最頂部のトレースは、（００２）ピーク：（１００）ピークの比がおよそ５６：４、すなわち１４：１である。つまり、この場合、上記ピーク比における相対的な増加倍率（improvement）は１４／３（即ち、４．７倍）である。他のサンプル（ここでは示していない）では、上記増加倍率はより大きい。それゆえ、Ａｌ２Ｏ３膜上に積層されていないＺｎＯ膜と比較して、ＺｎＯ／Ａｌ２Ｏ３／Ｓｉ（１００）構造のｃ軸配向性は、（００２）ピークを用いて測定したときの、略５倍よりも大きい。
【００３２】
図１に示す基板１０２は、例えば、Ｓｉ（１００）、Ｓｉ（１１１）、Ｓｉ（１１０）、石英、ガラス、プラスチック又はジルコニア等の材料である。上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜１０４は、約３ｎｍ〜１５ｎｍの範囲内の厚さ１０８を有する。また、ＺｎＯ膜１０６は、約３ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内の厚さ１１０を有する。
【００３３】
アニーリングを行う場合、ＺｎＯ膜１０６における（００２）：（１００）のピーク比は１００：１よりも大きくすることができる。また、図５と以下の説明に示すように、ＺｎＯ膜１０６における（００２）：（１００）のピーク比は、上記ＺｎＯ膜１０６をＳｉに堆積させたときは２．６：１である。また、上記ＺｎＯ膜１０６をＡｌ２Ｏ３／Ｓｉに堆積したときの上記ピーク比は５０：１である。アモルファスＡｌ２Ｏ３膜を９００℃でアニーリングした後では、上記ピーク比は約２５０：１に上昇する。アモルファスＡｌ２Ｏ３膜を用いることにより、相対的な増加倍率は、約５０／２．６（即ち、１９倍）となる。同様に堆積させた膜と比較して、アニーリングした膜は１００倍の改善を示す。本実施形態では、ＺｎＯ膜中で粒状化した結晶１１２は、上記ＺｎＯ膜の厚さ１０８と略同じ大きさの最大粒径（直径）を有する。
【００３４】
〔作用についての説明〕
図３は、Ｓｉ基板１上に直接積層して形成されたＺｎＯ膜２の部分断面図を示す。図４は、Ｓｉ基板１上に直接積層して形成されたＡｌ２Ｏ３膜３と共に形成されたＺｎＯ膜４の部分断面図を示す。図３に示すＺｎＯ膜２の構造と図４に示すＺｎＯ膜４の構造とをＸＲＤを用いて比較すると、図４に示すＺｎＯ膜４の構造と比べて、図３に示すＺｎＯ膜２の構造は、結晶配向性が乏しい。
【００３５】
まず、略６ｎｍのＡｌ２Ｏ３膜３（ＡＬＤ法によって１７５℃で堆積）をＳｉ基板１の上に堆積させる。厚さの正確性は必ずしも重要ではないが、厚さが約３ｎｍ〜１５ｎｍの範囲内のＡｌ２Ｏ３を使用することができる。また、ＣＶＤ法やスパッタ法等の他の堆積方法を使用してもかまわない。
【００３６】
次に、厚さが約６１ｎｍ〜７２ｎｍの範囲内のＺｎＯ膜４を、ＡＬＤ法によって１７５℃で堆積させる。ここで、上記ＺｎＯ膜４の厚さは特には限定されない。
【００３７】
図５は、異なる処理によって形成されたＺｎＯ膜の（００２）ピークを比較するためのＸＲＤ２θ−ωプロットを示す。Ａｌ２Ｏ３上に積層されたＺｎＯ膜（９８９）は、Ａｌ２Ｏ３膜がなくむき出しのＳｉ（１００）上に堆積したＺｎＯ膜（９９９）よりも、（００２）ピークが大きい。このことは、上記ＺｎＯ膜（９８９）は、上記ＺｎＯ膜（９９９）よりも、ｃ軸選択配向性がより高いことを示している。その後、上記積層構造を、窒素雰囲気中９００℃でアニーリングすることにより、（００２）ピークはより大きく上昇する。このことは、ｃ軸選択配向性が更に高くなっていることを示している。単純Ｓｈｅｒｒｅｒ分析によれば、アニーリング後のＡｌ２Ｏ３緩衝層を有するＺｎＯ膜における結晶の粒径は６４ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内であることが分かる。また、Ａｌ２Ｏ３結晶に起因するピークが検出されない。このことは、たとえ、Ａｌ２Ｏ３緩衝層がアモルファスであり、アニーリング後もその状態を維持していても、その上に積層されるＺｎＯ膜のｃ軸選択配向性を大きく向上させることができることを示している。
【００３８】
図６は厚さを変化させたＡｌ２Ｏ３緩衝層上に堆積させたＺｎＯ膜のＸＲＤプロットを示す。具体的には、図６は、厚さが３ｎｍ、５ｎｍ及び１５ｎｍのＡｌ２Ｏ３緩衝層上にＡＬＤ法によって堆積させたＺｎＯ膜のＸＲＤの結果を示す（図６中の表も参照）。図６に示すように、サンプル１０５６（緩衝層の厚さ５ｎｍ）が最も大きい（００２）ピーク、即ち最も高いｃ軸選択配向性を有することが分かる。また、むき出しのＳｉ（Ａｌ２Ｏ３緩衝層なし）と比較して、サンプル１０５７（緩衝層の厚さ３ｎｍ）及びサンプル１０５８（緩衝層の厚さ１５ｎｍ）も（００２）ピークが上昇している。ＺｎＯ膜のｃ軸配向性の向上は、ＡＬＤ法で適用される堆積温度が低くても、具体的には、１７５℃以下であっても起こる。
【００３９】
図７はｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法を示すフローチャートである。上記製造方法を明確に記載するために、番号付けした工程を一定の順番で配列させて記載しているが、各工程の順序は上記番号に従う必要はない。これらの工程の一部を省略して実施したり、複数の工程を同時に実施したり、工程の順序を厳格に定めることなく実施したりしてもよいと理解されるべきである。また、本発明に係るｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法の詳細は、上述した図１〜６の説明の文脈から、より深く理解することができるであろう。なお、本発明に係るｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法は、図７の工程７００から始まる。
【００４０】
工程７０２では、基板を形成する。該基板としては、Ｓｉ（１００）、Ｓｉ（１１１）、Ｓｉ（１１０）、石英、ガラス、プラスチック又はジルコニアを用いることができるが、他の材料も使用可能である。工程７０４では、上記基板の上にアモルファスＡｌ２Ｏ３膜を積層させる。工程７０６では、１００℃〜２００℃の範囲内の基板温度で上記アモルファスＡｌ２Ｏ３膜の上に積層されたＺｎＯ膜を形成する。該ＺｎＯ層は、アモルファスＡｌ２Ｏ３膜の存在に応じたｃ軸選択配向性を有する。
【００４１】
工程７０４における基板上に積層されたアモルファスＡｌ２Ｏ３膜の形成では、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法又はスパッタ法のような堆積方法を用いて、アモルファスＡｌ２Ｏ３膜を堆積させる。ＡＬＤ法を用いた場合では、例えば、１００℃〜２００℃の範囲内の基板温度で、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）と水とからなる前駆体を用い、基板上に積層させたアモルファスＡｌ２Ｏ３膜を形成する。また、工程７０４では、約３ｎｍ〜１５ｎｍの範囲内の厚さのアモルファスＡｌ２Ｏ３膜を形成する。
【００４２】
工程７０６におけるｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の形成では、ＸＲＤにより測定される（００２）ピークが（１００）ピークの５倍以上大きいＺｎＯ膜が形成される。
【００４３】
異なった形態として、工程７０８では、約４００〜９００℃の範囲内の温度でＺｎＯ膜をアニーリングし、工程７１０ではアニーリングに応じて、ＺｎＯ膜のｃ軸選択配向性を向上させる。例えば、工程７１０においてＺｎＯ膜のｃ軸選択配向性を向上させることには、（００２）ピーク：（１００）ピークの比が略１００：１より大きいＺｎＯ膜を形成することが含まれる。更に、工程７１２では、工程７０８のアニール工程に応じて、ＺｎＯ膜厚と同じ大きさの最大粒径を有する粒状化した結晶（結晶粒子）が、ＺｎＯ膜中に形成してもよい。
【００４４】
一つの形態として、工程７０６におけるＺｎＯ膜の形成では、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）及び水を用い、ＡＬＤ法によりＺｎＯ膜が形成される。他の形態として、厚さが約３ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であるＺｎＯ膜を工程７０６で形成する。別の形態として、工程７０６では、約１６０〜１８０℃の範囲内の基板温度でＺｎＯ膜を形成する。
【００４５】
ｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜は、対応する製造方法に付随するものである。具体的な原料や製造の詳細な記述は、本発明の説明の助けとなるよう例示として記載したものであり、本発明はこれら例示のみに限定されるものではない。本発明の他のバリエーション及び実施形態が、当業者には思いつくであろうが、本発明には、そのようなバリエーション及び実施形態も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、集積回路の製造に用いることができるだけではなく、ＣＭＯＳ（complementary metal-oxide semiconductor）電子機器をはじめとする各種電子機器及びその製造に広く用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、ｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜構造の部分断面図を示す。
【図２】図２は、アモルファスＡｌ２Ｏ３膜上に積層して形成されたＺｎＯ膜と、直接Ｓｉ基板上に形成されたＺｎＯ膜とを比較したＸＲＤ曲線を示す図である。
【図３】図３は、Ｓｉ基板上に直接積層して形成されたＺｎＯ膜の部分断面図を示す。
【図４】図４は、Ｓｉ基板上に直接積層して形成されたアモルファスＡｌ２Ｏ３膜と共に形成されたＺｎＯ膜の部分断面図を示す。
【図５】図５は、異なる処理によって形成されたＺｎＯ膜の（００２）ピークを比較するためのＸＲＤ２θ−ωプロットを示す図である。
【図６】図６は、厚さを変化させたＡｌ２Ｏ３緩衝層上に堆積させたＺｎＯ膜のＸＲＤプロットを示す図である。
【図７】図７はｃ軸選択配向性ＺｎＯ膜の製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１    Ｓｉ基板
２    ＺｎＯ膜
３    Ａｌ２Ｏ３膜
４    ＺｎＯ膜
１００    構造
１０２    基板
１０４    アモルファスＡｌ２Ｏ３膜
１０６    ＺｎＯ膜
１０８    厚み
１１０    厚み
１１２    ＺｎＯ膜中で粒状化した結晶（結晶粒子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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